CN214225341U - 一种测试机及测试平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测试机及测试平台，包括：控制单元MCU、发光单元、直接数字频率合成信号发生器DDS、数模转换器DAC、模数转换器ADC和时间测量单元TMU；发光单元、DDS、DAC、ADC以及TMU均与MCU电连接；MCU发送控制指令至发光单元、DDS、DAC、ADC以及TMU；发光单元产生光激励信号；DDS产生频率可调正弦波激励信号、三角波激励信号和方波激励信号；DAC实时产生模拟激励信号；ADC测量待测芯片的响应信号；TMU测量激励信号的时间间隔；测试机的体积小于或等于800立方厘米。本实用新型提供的测试机，集成了模拟类芯片测试的通用需求，可实现小批量模拟集成电路芯片的自动化测试，具有成本低、体积小、方便灵活的特点。

Description

一种测试机及测试平台

技术领域

本实用新型涉及自动化测量技术领域，尤其涉及一种测试机及测试平台。

背景技术

在半导体技术领域中，芯片开发过程中的验证测试，需要采用自动化测试装置进行。自动化测试装置可以根据待测芯片的结构设计测试电路，给待测信号发送要求的激励信号，来采集待测芯片在各种激励信号下的响应。对于模拟类芯片而言，基本要求自动化测试装置能够提供若干路开关、源发生要求的激励信号，以及可以采集各种响应的测试表。

对于模拟集成电路芯片的小批量的测试，目前常见做法有两种：一种是利用自动测试机(Automatic Test Equipment，ATE)，第二种利用若干仪器仪表组合搭建专用测试平台。在集成电路芯片的量产测试中一般采用自动测试机，随着芯片的更新升级，自动测试机的功能和性能也随之进化，其成本价格也不断上涨，但对于在实验室等仅需要对小批量芯片进行测试的情况来说，自动测试机存在利用率不高，不实用经济的问题。另外，采用各种仪器仪表搭建测试平台，再进行自动化控制，虽然功能和性能强大，但却存在搭建周期长、资源成本高，占地空间大，且不方便挪用的问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种测试机及测试平台，集成了模拟类芯片测试的通用需求，可实现小批量模拟集成电路芯片的自动化测试，具有成本低、体积小、方便灵活的特点。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种测试机，包括：

控制单元MCU、发光单元、直接数字频率合成信号发生器DDS、数模转换器DAC、模数转换器ADC和时间测量单元TMU；

所述发光单元、所述DDS、所述DAC、所述ADC以及所述TMU均与所述MCU电连接；所述MCU用于发送控制指令至所述发光单元、所述DDS、所述DAC、所述ADC以及所述TMU；

所述发光单元用于根据所述控制指令产生光激励信号；所述DDS用于根据所述控制指令产生频率可调正弦波激励信号、三角波激励信号和方波激励信号；所述DAC用于根据所述控制指令实时产生模拟激励信号；所述ADC用于根据所述控制指令测量待测芯片的响应信号；所述TMU用于测量激励信号的时间间隔；

所述测试机的体积小于或等于800立方厘米。

可选的，所述DAC的分辨率小于或等于16位；所述DAC的输入通道小于或等于8；所述DAC的档位范围是0-5V。

可选的，所述ADC包括第一ADC和第二ADC；

所述第一ADC的分辨率小于或等于24位，所述第一ADC的档位范围为0-5V；

所述第二ADC的分辨率小于或等于16位，所述第二ADC的档位范围为-10.24-+10.24V，所述第二ADC的采样频率小于或等于500kSPS。

可选的，还包括开关驱动单元和输入输出接口IO；所述开关驱动单元通过所述IO与所述MCU电连接，所述开关驱动单元用于驱动外围电路工作。

可选的，还包括通信单元，所述通信单元与所述MCU电连接；所述通信单元用于与上位机通信。

可选的，还包括隔离器；所述DDS、所述DAC、所述ADC和所述TMU通过所述隔离器与所述MCU电连接。

可选的，还包括锁相放大器；所述锁相放大器与所述ADC电连接。

可选的，还包括显示屏、存储单元和加密单元；所述显示屏、所述存储单元以及所述加密单元均与所述MCU电连接；所述显示屏用于显示测量数据；所述存储单元用于存储所述测量数据；所述加密单元用于对所述MCU的程序进行加密。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种测试平台，包括：上位机以及上述测试机；所述上位机与所述测试机通信连接。

可选的，还包括机械手；所述测试机与所述机械手通信连接。

本实用新型中，通过在体积小于或等于800立方厘米的测试机里集成控制单元MCU、发光单元、直接数字频率合成信号发生器DDS、数模转换器DAC、模数转换器ADC和时间测量单元TMU，MCU发送控制指令控制发光单元、DDS和DAC产生各种激励信号至待测芯片，并控制ADC测量待测芯片对各种激励信号产生的响应信号，还控制TMU测量激励信号的时间间隔，可实现将模拟类芯片的通用需求集成在一个微型测试机里，进而实现小批量模拟集成电路芯片的自动化测试，具有成本低、体积小、方便灵活的特点。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种测试机的结构框图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种测试机的结构框图；

图3是本实用新型实施例提供的一种测试平台的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是本实用新型实施例提供的一种测试机的结构框图。如图1所示，该测试机10包括：控制单元MCU(Microcontroller Unit)100、发光单元200、直接数字频率合成信号发生器DDS(Direct Digital Synthesis)300、数模转换器DAC(Digital-to-AnalogConverter)400、模数转换器ADC(Analog-to-Digital Converter)500和时间测量单元TMU(Time Measurement Unit)600；发光单元200、DDS 300、DAC 400、ADC 500以及TMU 600均与MCU 100电连接；MCU 100用于发送控制指令至发光单元200、DDS 300、DAC 400、ADC 500以及TMU 600；发光单元200用于根据控制指令产生光激励信号；DDS 300用于根据控制指令产生频率可调正弦波激励信号、三角波激励信号和方波激励信号；DAC 400用于根据控制指令实时产生模拟激励信号；ADC 500用于根据控制指令测量待测芯片的响应信号；TMU 600用于测量激励信号的时间间隔；测试机10的体积小于或等于800立方厘米。

控制单元MCU100可以是把中央处理器CPU(Central Process Unit)的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、转化器、周边接口以及驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，可以为不同的应用场合做不同组合控制，又可以被称为微控制单元、单片微型计算机或者单片机。该测试机10的MCU 100可以根据用户需求对各个激励信号发生器和响应信号测量器发送控制指令。

发光单元200可以是根据驱动电流发出各种光谱的发光模组，如LED灯、红外模组等。该测试机10集成的发光单元200可以根据MCU 100发送过来的控制指令产生光激励信号，并作用于待测芯片上，进而使得待测芯片在光激励信号的激励下产生对应的响应信号。

直接数字频率合成信号发生器DDS 300可以是把频率稳定度、准确度提高到与基准频率相同的水平，并且可以在很宽的频率范围内进行精细的频率调节的信号发生器，其信号源可工作于调制状态，可对输出电平进行调节，也可输出各种波形。该测试机10采用的DDS 300可以根据MCU 100发过来的控制指令产生频率可调的正弦波激励信号、三角波激励信号和方波激励信号，并作用于待测芯片上，进而使得待测芯片在正弦波激励信号、三角波激励信号和方波激励信号的激励下产生对应的响应信号。

数模转换器DAC 400，又称D/A转换器，是可以把离散的数字信号转变成连续的模拟信号的器件，基本上由4个部分组成，即权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关。该测试机10采用的DAC 400可以根据MCU 100发过来的控制指令产生高分辨率幅度可调的任意波形的模拟激励信号，并作用于待测芯片上，进而使得待测芯片在模拟激励信号的激励下产生对应的响应信号。

模数转换器ADC 500是可以将模拟形式的连续信号转换为数字形式的离散信号的器件。该测试机10采用的ADC 500可以根据MCU 100发过来的控制指令测量待测芯片在各种激励信号的激励下产生的响应信号，并将响应信号发送至MCU 100。

时间测量单元TMU 600是可以通过多种接口接入各类不同的对时信号，并获取精准时间，实现对对时信号的监测的期间。该测试机10采用的TMU 600可以根据MCU 100发过来的控制指令精准测量激励信号的时间间隔，其中包括一个激励信号的两个触发时刻的时间间隔，即该激励信号从开始产生到结束的时间段，还包括两个不同激励信号的时间间隔等，并将测量的时间结果反馈至MCU 100。

本实用新型中，通过在MCU 100中集成发光单元200、DDS 300、DAC 400、ADC 500和TMU 600等器件，可以满足实验室等仅需要对小批量模拟类芯片进行测试的通用需求，即对待测芯片给出频率可调的正弦波激励信号、三角波激励信号和方波激励信号，以及其他高精度且幅度可调的模拟激励信号，并对待测芯片在激励信号的激励下的响应信号进行测量采集，还通过TMU 600测量激励信号的时间间隔，相对于现有的自动化测试机ATE(Automatic Test Equipment)，该测试机10体积仅小于或等于800立方厘米，在实现小批量模拟集成电路芯片的自动化测试的同时，极大降低了资源成本，减小了占用空间，更加方便灵活。

可选的，DAC 400的分辨率可以小于或等于16位；DAC 400的输入通道可以小于或等于8；DAC 400的档位范围可以是0～5V。优选的，在满足模拟类芯片测试的通用需求的情况下，本实用新型实施例采用的DAC 400具有8个输入通道，可以同时将激励信号同时作用于待测芯片的8个节点，DAC 400的量程范围是0-5V，其分辨率为16位。

可选的，ADC 500包括第一ADC和第二ADC；第一ADC的分辨率小于或等于24位，第一ADC的档位范围为0-5V；第二ADC的分辨率小于或等于16位，第二ADC的档位范围为-10.24-+10.24V，第二ADC的采样频率小于或等于500kSPS。优选的，在满足模拟类芯片测试的通用需求的情况下，本实用新型实施例采用的ADC 500可以包括两种模数转换器，一种是第一模数转换器，即高精度模数转换器，其量程范围为0-5V，其分辨率为24位；另一种是第二模数转换器，即高速模数转换器，其量程范围可以包括±10.24V、±5.12V、±2.56V、±1.28V、±0.64V、10.24V、5.12V、2.56V和1.28V，其分辨率为16位，而其采样频率为500kSPS。

图2是本实用新型实施例提供的另一种测试机的结构框图。可选的，参考图2所示，该测试机10还包括开关驱动单元700和输入输出接口IO 800；开关驱动单元700通过IO 800与MCU 100电连接，开关驱动单元700用于驱动外围电路(图中未示出)工作。优选的，本实用新型实施例提供的测试机10的MCU 100通过IO 800与开关驱动单元700电连接，MCU 100通过IO 800对开关驱动单元700发送控制信号，以使开关驱动单元700根据控制信号控制外围电路的导通或断开，实现对待测芯片的不同节点的测试。

可选的，继续参考图2所示，该测试机10还可以包括通信单元900，通信单元900与MCU 100电连接；通信单元900用于与上位机(图中未示出)通信。优选的，本实用新型实施例提供的测试机10的通信单元900可以包括UART调试接口、USB接口和PHY-RJ45网口，MCU 100可以将测试过程和测试数据通过通信单元900传输至上位机，即电脑PC端的软件中，用于监测测试过程是否正常，以及显示测试数据等。

可选的，继续参考图2所示，该测试机10还可以包括隔离器1200；DDS 300、DAC400、ADC 500和TMU 600通过隔离器1200与MCU 100电连接。隔离器1200可以是一种采用数字光耦隔离原理，将输入信号进行转换输出的期间，实现了输入信号与输出信号之间的相互隔离。优选的，本实用新型实施例提供的测试机10采用隔离器1200将MCU 100与DDS 300、DAC 400、ADC 500和TMU 600进行电源隔离，避免了控制指令的毛刺信号造成的干扰。

可选的，继续参考图2所示，该测试机10还可以包括锁相放大器1300；锁相放大器1300与ADC 500电连接。锁相放大器1300可以是一种可以从干扰极大的环境(信噪比可低至-60dB，甚至更低)中分离出特定载波频率信号的放大器，实现对微小信号的采集测量。优选的，本实用新型实施例提供的测试机10可以集成锁相放大器1300，可以采集到待测芯片对发光单元200产生的光激励信号及其他激励信号产生的微弱响应信号进行放大，并发送至ADC 500，进而传输至MCU 100，以便进行测量数据分析。

可选的，继续参考图2所示，该测试机10还可以包括显示屏1400、存储单元1500和加密单元1600；显示屏1400、存储单元1500以及加密单元1600均与MCU 100电连接；显示屏1400用于显示测量数据；存储单元1500用于存储测量数据；加密单元1600用于对MCU 100的程序进行加密。显示屏1400可以是一种将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的显示工具，示例性的，CRT、LCD以及液晶显示屏等，本实用新型实施例提供的测试机10可以集成显示屏1400，用于显示测试过程和测试结果，即将产生的各种激励信号和对应的响应信号等测量数据进行显示，使得用户可以清晰明了地查看相关数据。存储单元1500可以是具有读写功能的存储器，用于将相关测量数据及时自动存储起来。加密单元1600可以对MCU 100的内部程序进行加密，防止被读出。

可选的，该测试机10还可以包括机械手通信接口，机械手通信接口通过隔离器1200与MCU 100电连接，并与机械手连接，用于根据MCU 100发过来的控制指令控制机械手的位置移动。

可选的，该测试机10还可以包括电源，电源与MCU 100、发光单元200、DDS 300、DAC400、ADC 500和TMU 600等用电器件电连接，用于为各个用电器件供电。

本实用新型实施例，通过在MCU中集成发光单元、DDS、DAC、ADC和TMU等器件，可以满足实验室等仅需要对小批量模拟类芯片进行测试的通用需求，即对待测芯片给出频率可调的正弦波激励信号、三角波激励信号和方波激励信号，以及其他高精度且幅度可调的模拟激励信号，并对待测芯片在激励信号的激励下的响应信号进行测量采集，还通过TMU测量激励信号的时间间隔，相对于现有的自动化测试机ATE(Automatic Test Equipment)，该测试机体积仅小于或等于800立方厘米，在实现小批量模拟集成电路芯片的自动化测试的同时，极大降低了资源成本，减小了占用空间，更加方便灵活。另外，在该测试机还集成有通信单元，以实现与上位机之间的通信；还集成有隔离器，通过隔离器可以实现MCU与其他用电器件的电源隔离；还集成有锁相放大器，以实现对微小响应信号的测量采集；还集成有显示屏、存储单元和加密单元，通过显示屏显示测量数据，通过存储单元存储测量数据，通过加密单元对MCU的程序进行加密。本实用新型实施例提供的测试机，在体积小于或等于800立方厘米的测试机里集成了模拟类芯片测试的通用需求，实现了小批量模拟集成电路芯片的自动化测试，具有成本低、体积小、方便灵活的特点。

在上述实施例的基础上，本实用新型实施例还提供了一种测试平台。图3是本实用新型实施例提供的一种测试平台的结构框图。如图3所示，该测试平台1包括上位机20以及上述实施例所述的测试机10；上位机20与测试机10通信连接。

上位机20可以是直接对下位机发出操控命令的计算机，本实用新型实施例中提供的测试平台1提供的上位机20中的软件系统可以直接对测试机10中的MCU 100发出操控命令，以使MCU 100根据操控命令发出控制指令控制发光单元200、DDS 300、DAC 400、ADC 500和TMU 600等器件的运作。优选的，本实用新型实施例提供的测试平台1的上位机20通过通信单元900与MCU 100实现通信连接。

可选的，继续参考图3所示，该测试平台1还可以包括机械手30；测试机10与机械手30通信连接。

机械手30可以是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，其特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点，优选的，本实用新型实施例提供的测试机10通过机械手通信接口与机械手30通信连接，用于根据控制指令控制机械手30移动。

本实用新型实施例提供的测试平台，通过在体积小于或等于800立方厘米的测试机里集成MCU、发光单元、DDS、DAC、ADC和TMU等器件，可实现将模拟类芯片的通用需求集成在一个微型测试机里，进而实现小批量模拟集成电路芯片的自动化测试，具有成本低、体积小、方便灵活的特点。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种测试机，其特征在于，包括：

控制单元MCU、发光单元、直接数字频率合成信号发生器DDS、数模转换器DAC、模数转换器ADC和时间测量单元TMU；

所述发光单元、所述DDS、所述DAC、所述ADC以及所述TMU均与所述MCU电连接；所述MCU用于发送控制指令至所述发光单元、所述DDS、所述DAC、所述ADC以及所述TMU；

所述发光单元用于根据所述控制指令产生光激励信号；所述DDS用于根据所述控制指令产生频率可调正弦波激励信号、三角波激励信号和方波激励信号；所述DAC用于根据所述控制指令实时产生模拟激励信号；所述ADC用于根据所述控制指令测量待测芯片的响应信号；所述TMU用于测量激励信号的时间间隔；

所述测试机的体积小于或等于800立方厘米。

2.根据权利要求1所述的测试机，其特征在于，所述DAC的分辨率小于或等于16位；所述DAC的输入通道小于或等于8；所述DAC的档位范围是0-5V。

3.根据权利要求1所述的测试机，其特征在于，所述ADC包括第一ADC和第二ADC；

所述第一ADC的分辨率小于或等于24位，所述第一ADC的档位范围为0-5V；

所述第二ADC的分辨率小于或等于16位，所述第二ADC的档位范围为-10.24-+10.24V，所述第二ADC的采样频率小于或等于500kSPS。

4.根据权利要求1所述的测试机，其特征在于，还包括开关驱动单元和输入输出接口IO；所述开关驱动单元通过所述IO与所述MCU电连接，所述开关驱动单元用于驱动外围电路工作。

5.根据权利要求1所述的测试机，其特征在于，还包括通信单元，所述通信单元与所述MCU电连接；所述通信单元用于与上位机通信。

6.根据权利要求1所述的测试机，其特征在于，还包括隔离器；所述DDS、所述DAC、所述ADC和所述TMU通过所述隔离器与所述MCU电连接。

7.根据权利要求1所述的测试机，其特征在于，还包括锁相放大器；所述锁相放大器与所述ADC电连接。

8.根据权利要求1所述的测试机，其特征在于，还包括显示屏、存储单元和加密单元；所述显示屏、所述存储单元以及所述加密单元均与所述MCU电连接；所述显示屏用于显示测量数据；所述存储单元用于存储所述测量数据；所述加密单元用于对所述MCU的程序进行加密。

9.一种测试平台，其特征在于，包括上位机以及如权利要求1-8任一项所述的测试机；所述上位机与所述测试机通信连接。

10.根据权利要求9所述的测试平台，其特征在于，还包括机械手；所述测试机与所述机械手通信连接。

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